금요일, 11월 15, 2019
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전파들의 이구동성, 멀티패스 (1)

글쓴이 : SOONDORI

“방송국의 FM 전파가 자유공간(Free Space)을 날아 수 백 Km 떨어진 라디오 안테나에 도달한다”

흔히 듣는 이 문구는 매우 원론적인 이야기. 그 자유공간은 칠판에 적어 정의하는, 아무 것도 없는 공간이 아니다. 수신을 방해하는 다양한 잡음원들이 있을 뿐만 아니라 방사된 FM파의 전자기적 맥동이 어딘가에 부딪히고 흡수된 것들 제외한 나머지는 다시 반사되어 ‘약간의 시간지연’ 상태로 안테나에 도달하게 된다.

(보이지 않는 세상의 일이겠지만) 방금 A가 왔는데 0.0…1초 후 A’가 오고 또 다른, 0.000…1초 후, 그러니까 더 먼 곳까지 갔다가 반사된 A”가 오고… 그렇게 시간차를 둔 다중경로로 전파들이 유입되는 것을 멀티패스(Multipath), 멀티패싱(Multipathing)이라고 정의한다. RF분야에 있어서는 통제하기 어려운 골칫거리. 그러나 어찌보면 대단히 자연스러운 현상. 자연스럽다? 집, 산, 공기 등 인간들 사는 지구의 물리적 환경이 그러하니까.

(다양한 요인들 주 하나인 Atmospheric Duct 현상. 차가운 공기와 더운 공기의 경계층이 전파 도달거리를 다르게 한다. 반사의 반사에 의해)

튜너 애호가들의 고민은… 비교적 강전계 지역임에도 건물, 아파트 등 반사면 많은 곳에서는 아무리해도 깨끗한 음악을 들을 수 없다는 것. 그 이유는…

1) 시간차는 곧 위상차이. 그래서 어떤 파동의 감쇄(Fading) 또는 완벽한 상쇄(Phase Cancelling)가 일어날 수 있다, 2) 그것은 곧 불량해진 신호라는 뜻, 3) 갖고 있는 FM 튜너가 아무리 뛰어나도 너무 약한 신호는 물론, 너무 불량해진 신호에서 깔끔하게 유효신호 뽑아내는데는 한계가 있다, 4) 그런 모든 것들은 신호왜곡에, 결국은 음질열화로 귀결. 그리하여… 스테레오 램프 수시로 깜빡거리고 종종 Mute 걸리고 심하게 또는 은근히 잡음이 들린다.

(좌측 노멀 수신상태의 파형과 우측, 고의적으로 멀티패스현상을 만든 경우의 비교. 출처 및 참고정보 열람 : http://ham-radio.com/k6sti/mpath.htm)

다음은 눈에 보이지 않는 멀티패스의 감지  내지 지시, 최대한의 통제에 관련된 사례들.

■ 시각적인 감지

눈으로 보고 대충 짐작이라도 할 수 있으면 안테나 종류, 방향, 높이 등을 개선하여 문제를 경감시킬 수 있다. 아래는 수평축 Deviation, 수직축 Amplitude를 조합, 전파 수신상태를 표현하는 장치.

(출처 : https://s1.manualzz.com/store/data/000043220_1-679ed7620ec7eeb2ac9dd725ab75bc89.png)

* 관련 글 : McIntosh MI3 오디오스코프

그 외… 간단 지시기능을 내장하는 아날로그 튜너들도 있고.

■ 알고리즘

매우 작은 DSP 칩들에 공히 적용되는 다양한 소프트웨어 알고리즘들. 당연히 눈에 보이지 않음.

(눈으로 볼 수 있게 만든 아큐페이즈 T-1000의 예. DSP 솔루션을 이용하는 Multipath Reduction Function (MPR)이 내장되어 있다)

■ 자동차 FM 

터널, 지하공간, 건물 사이 사이… 자동차가 수시로 이동하기 때문에 처하게 되는, 고정식이 아니라서 꽤 불리한 여건 속 다양한 변칙상황들에 대응해야 한다.

(출처 및 문서 : https://www.denso-ten.com/business/technicaljournal/pdf/25-3.pdf)

이상과 같은 물리적 제약과 대응논리를 생각하면 “막대기 안테나도 엄연한 소스기기이다”라는 말은 100프로 타당하다. 그리고 그것을 더 확장하면 “수신지역 등 청취환경의 특성도 마치 소스기기처럼 취급되어야 한다”가 되어버린다.

이사를? 뭘 어쩌란 말인가?

많은 것들 거론되지만 100프로 한 방의 해결책은 없다. 앞서, 자연현상이라고 했던 바 그대로. 자연현상 앞에서 인간이 무릎 꿇기. 그러하니 멀티패스 현상을 완화시켜 음 품질을 상대적으로 높이는 방안들에 집중하게 된다.

예를 들어 지향성 있는 Yagi 안테나 혹은 그 원리를 응용한 변형 안테나를 사용하는 방법, 튜너의 건전성을  최대한 키우기 위해 주기적으로 튠업을 해주는 방법, “튜너야, 좀 알아서 해다오” 조금 더 품질 좋은 안테나, 동축 케이블, 분배기 등을 사용하는 방법, 일종의 멀티패스 대응필터로 간주될 수 있을 Hi-Blend 기능을 사용하는 방법 정도? 무엇을 하든… “아무 잘못 없는 튜너들, 주구장창 닥달할 일은 아니다”

참고로 튜너 외부에 VHF/FM 필터를 부가하는 것은 별 의미가 없다. 그런 것들은 전파의 통과대역에는 집중을 하지만 그 안에 담긴 신호의 정상, 비정상 유무는 판별할 수는 없기 때문에. 와글와글 떠드는 사람들 많은 곳에서 시끄럽다는 것은 인지하지만 어떤 이가 무슨 말 하는 지는 못알아듣는 것처럼. 더불어… 멀티패스는 전파의 강도와는 큰 상관이 없으므로 난다긴다 안테나 부스터도 무용지물이다.

기본개념은 이런 정도로 정리해두고… 모든 대안들에서 공유되는 핵심어 Multi-Path Detection의 원리는? 다음 글에서.

* 관련 글 : 전파들의 이구동성, 멀티패스 (2)

 

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